Miniroboter: Medizin der Zukunft
Weltweit arbeiten Forschende an winzigen Robotern, die auch bei der Krebsbehandlung zum Einsatz kommen könnten. Noch gibt es Hürden, doch die Wissenschaft räumt immer mehr davon aus.
Medizinische Eingriffe, für die Ärztinnen und Ärzte höchstpräzise arbeiten müssen, sollen in Zukunft Miniroboter minimal-invasiv verrichten, also so schonend wie möglich für den Körper. Hierfür müssen sie sehr klein sein. Je nachdem, welche Aufgabe sie erfüllen sollen, liegt die Anforderung an ihre Größe bei einem Millimeter bzw. im Mikro- (Millionster Teil eines Meters) oder Nanobereich (Milliardster Teil eines Meters).
Was Miniroboter bereits können
Die kleinsten Miniroboter, die Nanobots, sind etwa so groß wie Viren. Sie eignen sich, um Medikamente gezielt zum Tumor zu bringen und dort frei zu setzen. Das minimiert die nötige Dosis und die Nebenwirkungen auf andere Bereiche des Körpers.
Mikrobots sind einige Hundert Mikrometer klein – das entspricht dem Durchmesser eines menschlichen Haars. Mit Werkzeugen oder Medikamenten ausgestattet, können sie zum Beispiel in Blutgefäße eingelassen werden, um Gefäßblockaden zu entfernen oder in Körperhöhlen kleine und präzise operative Eingriffe durchführen.
Die größten Miniroboter messen wenige Millimeter. Auch sie tragen Werkzeuge wie Kanülen, Kameras oder chirurgische Instrumente. Sie können helfen, Endoskope an schwer zugängliche Stellen im Körper zu transportieren. Die schlauchförmigen Instrumente dienen zur Untersuchung von Körperhohlräumen und Organen. Sie können Bilder von Tumoren liefern oder sogar eine Operation durchführen – und das alles minimal-invasiv.
Bislang müssen Operateurinnen und Operateure die winzigen technischen Helfer mittels Kabel steuern. Dies ist ein Hindernis beim Vordringen in tiefere Gewebe. Daher haben Forschende lange daran getüftelt, wie man die Wege der Winzlinge im Körperinneren drahtlos in Echtzeit nachverfolgen kann. Forschende des Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) haben jetzt eine kabellose Trackingmethode entwickelt.
Drahtloses Sensorverfahren zur Nachverfolgung von Miniaturrobotern
Die neue Methode des DKFZ beruht auf Magnetismus. Die Arbeitsgruppe Smarte Technologien für die Tumortherapie um Professor Tian Qiu am DKFZ in Dresden hat ein erbsengroßes Gerät geschaffen, das die Position eines Miniroboters im Körper haargenau bestimmen kann. Die Methode, die die Forschenden als "Small-Scale Magneto-Oscillatory Localization" (SMOL) bezeichnen, kann in Miniroboter und andere minimal-invasive Geräte integriert werden. Der Tracker besteht aus einer hohlen Kapsel von der Größe einer Linse, die einen sehr kleinen Magneten beinhaltet. Dieser kann angeregt werden, sodass er schwingt und ein Signal erzeugt. Dieses kann außerhalb des Körpers aus einer Distanz von über zehn Zentimetern gemessen und am Computer in Echtzeit ausgewertet werden. Dabei liefert SMOL momentan etwa fünf Bilder pro Sekunde, was für die Nachverfolgung minimal-invasiver chirurgische Instrumente ausreicht.
Der Tracker erfasst die Bewegungen mit hoher Präzision. Das Gerät erzeugt nur schwache Magnetfelder und ist für den Körper unbedenklich. Es kann in medizinische Instrumente integriert werden und ist mit vielen herkömmlichen Geräten und bildgebenden Verfahren kompatibel. „Gängige chirurgische Geräte, wie zum Beispiel Endoskope, können mit der Methode in Echtzeit nachverfolgt werden“, sagt Entwickler Tian Qiu. „Sie kann bessere und sicherere minimal-invasive Eingriffe ermöglichen, ohne jegliche Strahlung, aber dennoch tief im Körperinneren.“
SMOL-Tracker muss noch kleiner und “geländegängiger” werden
Noch ist das Gerät allerdings zu groß, um durch Gewebe zu kommen. Das muss gelöst werden, bis Miniroboter mit der SMOL-Methode ausgestattet sind und in schwer zugängliche Bereiche des Körpers vordringen können. Dann aber wäre es möglich, den Tumor sehr viel schonender zu behandeln als mit einem herkömmlichen Eingriff — vor allem im Gehirn ein entscheidender Vorteil für die Patientinnen und Patienten. Denkbar ist auch eine Anwendung, in der die Roboter Krebszellen markieren, damit chemotherapeutische Wirkstoffe besser ins Ziel treffen.
Bis Miniroboter jeglicher Art beim Menschen zur Anwendung kommen, wird noch einige Zeit vergehen. Forschende müssen weitere Herausforderungen überwinden, beispielsweise schaffen es die kleinen Helferlein bislang nur schwer, die natürlichen Barrieren des Körpers zu überwinden, sich im Blut und anderen Körperflüssigkeiten fortzubewegen. Auch das ist eine Aufgabe, an der das Team um Tian Qiu arbeitet. Aber mit der Erfindung des SMOL-Trackings ist die Wissenschaft dem Ziel, Miniroboter maximal schonend und effektiv einzusetzen, ein gutes Stück nähergekommen.
